数字技术与能源产业链升级重构

全球气候变暖与全球性资源紧张，对人类的生存与发展带来日益严峻的挑战。低碳化、信息化、数字化的生活理念和生产方式，已逐渐成为全球共识。中国提出“力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”的双碳目标，并把“双碳”工作纳入生态文明建设整体布局和经济社会发展全局。为实现“双碳目标”，我国政府积极推动能源产业数字化改革，以数智化驱动低碳发展。

2022年中国能源局发布的《“十四五”能源领域科技创新规划》（下称《规划》），强调要聚焦新一代信息技术和能源融合发展，开展能源领域用智能传感和智能量测、特种机器人、数字孪生以及能源大数据、人工智能、云计算、区块链、物联网等数字化、智能化共性关键技术研究，推动煤炭、油气、电厂、电网等传统行业与数字化、智能化技术深度融合，开展各种能源厂站和区域智慧能源系统集成试点示范，引领能源产业转型升级。

现今，将数字技术应用于能源产业链，加速能源产业链升级重构，提升能源产业链现代化水平，已成共识。

能源产业链概况

通常，能源产业链由资源层、产品层、应用层构成。目前，我国已经形成相对完备的能源产业链体系。

资源层：资源层位于能源产业链上游。在资源层，资源生产方开采出一次能源（即天然能源，包括煤炭、石油、天然气、油页岩、核能、太阳能、水能等），以上能源经资源储运方的储存和运输以及资源运营方的运维和销售，最终传递至产品层。

产品层：产品层位于能源产业链中游。在产品层，产品生产方通过对一次能源的转化，将其以能源产品（包括焦煤、汽油、柴油、电能、液化石油气、沼气、蒸汽等）的形态输出。能源产品经产品储运方的储存和运输与产品运营方的运维和销售，最终传递至应用层。

应用层：应用层位于能源产业链的下游。在应用层，政企消费者与个人消费者在交通运输、工业、信息产业、农业、建筑业、商业等国民经济的多种场景下消费能源产品。

数字技术在能源产业链各个层级的升级与重构中均发挥重要作用。

数字技术助力能源产业链升级重构

不同的数字技术，如大数据平台、云计算、区块链、数字孪生等，由于其技术特点不同，通常被投放在能源产业链的不同场景下。

1.大数据平台。

大数据平台（Big Data Platform）是一种处理海量数据的基础设施，基于数据筛选、数据融合、数据存储、数据分析、数据展示的流程，为用户提供数据服务。

我国能源产业生态庞大，生产系统复杂，能源产业数据具有专业化、庞杂化的特征。大数据平台能够对数据进行高效清洗、计算和分析，在保证数据有效性的同时提高生产效率，助力相关能源企业经济高效地利用能源。基于此，大数据的典型应用场景一般为资源层的生产环节与应用层的使用环节。

首先是资源层的生产环节。对于资源层的生产方而言，对能源进行开采时需用到多种设备，所涉及分析对象数目巨大。大数据平台能够更好满足生产方保证设备安全高效运行的需求。例如，中国石油西部管线大数据平台是一个针对管线压缩机设备进行数据收集与分析的平台。利用大数据平台，该平台统计实时信息与历史信息，对机组设备的运行状况进行分析，开展设备监测、寿命预测与异常故障诊断，一旦出现问题，进行智能报警，极大减少机组人员工作量。

另一个典型应用场景为应用层用户使用能源产品的环节。利用大数据平台赋能，将有利于针对性改进工艺流程，提升能源的利用效率，减少在生产使用过程中由于化学反应而产生的二氧化碳排放。例如，南方电网深圳供电局基于大数据平台技术，建设能源双碳大数据中心。该中心汇聚融通深圳电力能源与碳数据，致力于挖掘电、煤、气、油等用能数据，系统中的“双碳大脑”可直接计算出“电力间接碳排放量”，实现基于能源大数据的科学分析与决策，服务政府、企业、社会公众。该中心上线近一年，已成为展示深圳能源转型、双碳演进成效以及经济发展态势与成效的窗口。

2.云计算。

云计算（Cloud Computing）属于分布式计算中的一种计算方法，云计算通过互联网络，将海量数据分解，再通过由多台服务器组成的大型系统对分解后的数据进行计算、处理与分析，最终将得到的结果反馈至用户。

云计算具备灵活性强、可靠性高、性价比高等优势，因此更能满足能源类企业进行效益综合分析的需要。目前，云计算的主要应用集中于产品层企业。

国内主流云计算服务供应商有阿里云、华为云、腾讯、百度等。以华为云为例，为解决鞍钢集团开展配煤业务时所遇到的人工配煤时间长、经验传承难、个人经验依赖性强等难题，华为云基于 ModelArts平台的“智能配煤算法模型”+“云存储”和客户的“配煤系统”，为鞍钢集团提供智慧配煤解决方案。通过汇总原料煤数据、工艺/工况数据、焦炭数据、运营数据等相关数据，将经过加密脱敏后的数据上传到云存储并加密存放，结合机理加数据的思路，进行模型框架选择、模型训练以及模型部署与发布，利用全新配煤模型提升鞍钢集团焦炭质量预测能力，优化配煤比例与配煤效率。

利用云计算技术，深度融合数字业务与实体业务，有利于促进对能源的精准调度。将能源企业数据上云，可以基于机器学习的智能算法，针对能源的需求状况进行高效分析，向用户反馈真实需求状况，并相对应及时实现能源的精准供给。云计算技术的应用，将促进能源产业链整体资源节约，减少无谓资源浪费，并提升能源产业链整体运转效率。

3.区块链。

区块链（Blockchain）技术是一种记录资料的技术，即一种安全和共享的数字账本，可以将交易记录分散管理在多台计算机上，有去中心化、加密、数据不可篡改等特征。在《规划》中，中国能源局提出积极开展区块链在分布式能源交易、可再生能源消纳（即对可再生能源所产生的能量进行及时消耗，避免能源浪费）、能源金融、需求侧响应、安全生产、电力调度、电力市场等场景的应用示范。

区块链的安全记录功能能够实现能源领域数据权属认定，保障信息安全，防范资源生产者与使用者信息被篡，明确相关方的权益关系。在这一基础上，区块链可以进一步推动数据完整流通、数据资源共享，促进能源产业链信息、资金、生产资料的协同，保障协同安全性。目前，对区块链的应用集中于能源交易领域，在能源产业链上，集中于直接面向消费者的层级，即应用层。

例如，国网安徽所建立的光伏扶贫补助资金平台就是政企消费者对区块链的应用。该平台通过利用区块链技术，全力保障扶贫补助资金的信息安全，让贫困用户放心、省心、安心。基于区块链去中心化存储的特征，将数据文件分散存储在网络的众多节点上，实现数据文件安全存储；基于加密学算法，防范数据泄露；基于数据不可篡改的特征，确保扶贫补助金结算流程不被篡改，数据上链源头可追溯，增强可信性。该平台已利用区块链实现发电户户号——发电户发电量——发电价费——发电户补助资金全流程的信息整合，实现全部批次补助目录、电站、户号稳态关联、精准溯源、不可篡改。

可以看出，区块链将有利于能源交易的效率提高和安全性提升。未来，基于区块链可形成普遍的分布式能源交易市场，构建分布式账本，对包括交易数据、用户能源使用数据、数字营销数据在内的多种相关数据实现分布式存储。基于区块链的能源交易市场将实现交易信息互联与交易自动清算，从低下的手工为主模式过渡到共享信息管理模式，提升配置效率缩短交易时间成本，减少交易错误与摩擦，提高能源交易效率，促进能源产业链整体流程规范化、高效化。由于区块链的不可篡改性和信息可溯源性，数据上链后将会避免人为无意或恶意篡改情况的发生，这将在极大程度上提升能源交易的安全性，促进能源产业链各流程交易业务安全化。

4.数字孪生。

数字孪生（Digital Twins）以数据与模型的集成融合为基础与核心，通过在数字空间实时构建物理对象的精准数字化映射，基于数据整合与分析预测来模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程，最终形成智能决策的优化闭环。

目前，数字孪生在能源产业中的作用日益凸显。基于其映射的功能，一般被应用于资源层或产品层的生产环节中。例如，南方电网集团正在大力发展的智能电网业务，就是数字孪生在能源领域的应用之一。智能电网业务的核心是电网数字化，即通过建立数字孪生模型，将数字电网的操作作用于物理电网，实现数字世界和物理世界的双向互动，实现电网量值传递、状态感知、在线监测、行为跟踪、趋势分析、知识挖掘和科学决策，促进电网运行更加绿色、安全、可靠、智能、经济。

数字孪生技术可以实现物理世界和虚拟世界之间的精准映射，能够在能源产业链的多个方面实现精准控制。

问题与挑战

“数字+能源”的结合尚存在许多问题，为能源产业链利用数字技术实现升级重构提出挑战。

1.数字技术处于起步阶段。

数字技术的水平发展尚不充分。比如，当前数字孪生技术在智慧能源行业应用仍处于萌芽期，相关的技术拓展和应用场景研究仍不足，尚未形成系统性的研究框架。数字技术的标准仍处于起步阶段。以区块链为例，能源是目前区块链技术应用最为广泛的领域之一，虽然在中国与全球范围内，在交易领域有大量能源区块链项目落地，但整体立项标准较少，我国在顶层规划和区块链标准研制方面仍是空白。

目前，能源产业链上大多数参与者对数字技术的应用，仍停留在较为简单的水平。由于能源数字业务的配套设施的建设、运营与维护成本较高，使得国内仅有少数企业能够有资金开展相应数字化转型业务。

2.能源数字化发展不平衡。

能源产业发展时间长，产业内领域众多，各个领域之间存在知识壁垒，各领域内分工复杂，使得数字技术和能源业务融合的难度较大。在现有技术水平下，将领域不同、标准不同的数据进行对齐仍比较困难，对数据规模化统一管理提出挑战。

此外，由于各领域数字化业务起步时间不同、投入资源情况不同，又使得各领域数字化转型水平参差不齐，以浙江省能源行业为例，2021年浙江省电力领域智能电网覆盖面积占比高达82.5%，智能电表覆盖率达100%，而天然气领域油库数字化改造程度为 4.3%。由于我国目前兼通能源与数字技术的人才储备不足，更难以在全产业链上实现能源与数字融合的需求。

3.信息安全问题存在担忧。

能源产业链数字化意味着相关联企业间的数据融通与共享，这就存在隐私泄露的问题。能源行业为国家战略行业，关系国家未来发展与建设，其重要性与敏感性不言而喻。随着能源互联网的飞速发展，能源信息系统一旦遭到恶意入侵，造成信息泄露或关键数据流失，将严重威胁国家安全，损害国家公共利益。

解决途径

1.促进能源与数字化技术深度融合。

从顶层设计的角度，应尽快推进数字能源多领域相关标准落地；市与市、省与省之间，可以探索打通能源智能信息平台，建设多场景下的地区级智慧能源平台，如省级天然气智慧管网统一大数据平台，推进能源数据统一化管理。

分层级来看，针对能源产业链不同部分，采用不同手段。对于资源层与产品层，应大力推进配套基础设施建设，推进包括燃煤厂、电网、油气管网、城市天然气调压站等设施智能化改造项目完工；对于应用层，应探究能源数字化多种应用场景，围绕能源治理未来发展趋势，开发搭建多种应用场景供需平台。例如，建设智慧能源社区，支持能源企业与优势互联网企业的合作等。

2.建设数字化转型综合智库。

能源企业可以与高校间对接，将能源数字化研究成果上传大数据平台，支持成果数字化，推动形成数字化转型“智库”、“案例库”，跨领域、跨学科地集合多种能源研究对象，推进交叉学科的能源问题研究。“智库”的形成将为能源行业全产业链数字化转型提供参考，提升“数字+能源”研究效率。此外，“智库”将赋能数字能源人才建设体系，通过专业知识图谱与用例库，打造协同合作的能源数字化学习平台，推动技术人才懂能源，能源人才懂技术。最终提高能源产业链整体数字化水平。

3.加大能源数据安全系统建设。

能源企业应遵守《中华人民共和国数据安全法》、《“十四五”信息化和工业化深度融合发展规划》相关规定，树立正确的数据安全观。建立健全数据存储、数据共享、数据监测、数据安全风险评估体系。各企业可以采用以数治数的方式，例如，利用云计算进行能源数据存储：在储存信息时，系统自动将信息编制成系统能够识别的二进制代码并加密，然后随机选择适合的存储节点，同时节点和节点间没有几何关系，将有效降低战略能源信息泄露风险。

能源企业还应定期组织对信息安全技术、相关法律法规的学习与培训，以更好处理数据安全问题。

在新一轮产业革命与技术革命的推动下，我国已迈入互联网数字经济时代，能源领域拥抱数字技术已成为必然的发展趋势。数字技术在促进能源产业链升级重构的同时，亦存在数字技术水平低、能源数字化发展不平衡、信息安全存在隐患等一系列问题。现阶段，应大力推动产业链数字化智能化升级，统筹推进，补齐短板，发展大数据、数字孪生等先进数字技术，加快配套能源基础设施建设，加大研发力度，推动能源行业数字化标准尽快落地，完善能源信息系统相应安全设施；锻造长板，对多领域、跨行业的数字化应用场景进行整合，推广示范案例，推进能源企业进一步与数字技术深度融合。在“十四五”建立现代能源体系目标的指导下，各地政府围绕能源行业数字化出台相关政策，也将有力促进能源产业链数字化发展。

（李磊系南开大学经济学院教授、博士生导师，阮兢一系南开大学经济学院研究生）